焦耳和焦耳定理簡介
焦耳介紹
日本化學家焦耳做了很多實驗。 1840年，他首先準確地確定了電壓產生的熱量與電壓、電阻和通電時間之間的關系。 電阻值與通電時間成反比。 這個定律叫做焦耳定律
在化學實驗中，我們除了要學會操作，還要學會實驗前的設計實驗和實驗后的交流評價這兩個環節。 接下來，通過對實驗中的一些問題的講解，感受和理解如何設計實驗并進行交流和評價。
1、焦耳定理實驗的探索方法是控制變量法。
要設計實驗，需要知道如何處理化學問題。 焦耳定理實驗采用的方法是控制變量法。
控制變量方法有哪些？
對于化學中多原因（多變量）的問題，常采用控制原因（變量）的方法，將多原因問題轉化為多個單原因問題。 每次只改變其中一個誘因，而其余幾個誘因保持不變，所以研究改變的誘因對事物的影響，分別研究，最后綜合解決。 這些方法稱為控制變量法。 它是科學探究的重要思維方式，廣泛應用于各種科學探索和科學實驗研究中。
在焦耳定理實驗中，要探究的是電壓通過導體所產生的熱量與電壓、電阻和通電時間之間的關系。 我們在研究發熱與內阻的關系時，需要控制電壓和通電時間恒定。 實驗過程中，通過改變電阻值的大小，觀察和分析熱量如何變化，從而找出熱量與內阻之間的關系。
探究電熱與內阻關系的實驗裝置
如圖所示，兩個透明容器內密封著等量的空氣，U型管內液面的變化反映了密封空氣濕度的變化。 兩個密閉容器里都有一段內阻絲，右邊容器里的內阻比學校的大。 兩個容器內的電阻絲串聯在電源的兩端，通過兩根電阻絲的電壓相同。 通電一定時間后，比較會示教兩個U型管內液位的變化。
在圖中所示的裝置中，控制電壓和通電時間，僅改變內阻。 從實驗裝置可以看出，這是一個探索電壓通過導體所產生的熱量與內阻之間關系的實驗裝置。
考你，從下圖可以看出，它研究的是熱量和那個誘因的關系？ 什么觸發器在控制時是恒定的？
探索電熱與電壓關系的實驗裝置
在中學數學實驗探索中，很多實驗都采用了控制變量法。 如：探究聲音響度與頻率的關系； 探索聲音的音高和振幅之間的關系； 探究動能與什么誘因的關系等等。
2.在焦耳定理的實驗中，也用到了換算法
在焦耳定理的實驗中，使用了另一種研究化學問題的方法——換算法。 這些都是在設計實驗之前應該知道的事情。
所謂“轉化法”，主要是指在保證療效相同的前提下，將看不見、難看的現象，轉化為看得見、看得見的現象； 將不熟悉的復雜問題轉化為熟悉的簡單問題； 將檢測或測量的化學量轉換為可檢測或測量的化學量的方法。 中學數學在概念規律和實驗的研究中，很多地方都應用了這些技巧。
在焦耳定理的實驗中，電壓通過導體所產生的熱量是看不見摸不著的，難以察覺的。 那么如何比較5歐姆的內阻和10歐姆的電阻，哪個放出的熱量更多呢？ 在實驗中，電流通過內電阻絲釋放的熱量會使空氣受熱膨脹。 放出的熱量越多，空氣就會越膨脹，U型玻璃管內的火柱就會下降得越多。
本實驗通過比較U型玻璃管內的海平面高度，間接比較內阻絲的發熱量。 這就是轉換方法的應用。
在中學化學實驗中，使用換算法的實驗包括探索聲音形成的原因、探索液體浮力的特性、探索壓力的影響等。
3、在焦耳定理的實驗中，空氣可以用煤油、水、石頭等物質代替嗎？
在之前的教材中，這個實驗也是用煤油做的。如圖
探索焦耳定理
如果用煤油、水或石頭代替空氣，則實驗結果不顯著，療效也不會很好。
原因如下，與空氣相比，內電阻絲加熱煤油時，煤油需要吸收更多的熱量，溫度會升高，本實驗所需的時間也會更長。
由于水的比熱容比煤油大，同樣質量的水和煤油吸收同樣的熱量后，水的溫度下降較少，所以實驗效果不如煤油。
與煤油和水相比，鵝卵石的比熱容較小，受熱后溫度會迅速下降。 而且，用內電阻絲加熱石子時，石子受熱不均勻，需要不斷攪拌。 這樣的操作，在實驗過程中也是很不方便的。
所以空氣是最好的實驗材料。
類似的問題在課堂的交流和評價環節中也會經常被中學生問到，他們往往會這樣分析實驗裝置的合理性，也會分析實驗過程中不成功的地方。 這樣的交流可以培養中學生設計實驗的能力和思維能力，避免死記硬背實驗。
4、這個實驗中，U型玻璃管可以用溫度計代替嗎？
中學生經常問這個問題，認為應該用溫度計來比較體溫的高低。
答案是：不可替代。
空氣裝在一個密閉的容器中，插入溫度計時，濕度計的玻璃球也需要密封在容器中。 這樣，在內阻加熱過程中，容器內的空氣受熱膨脹，熱空氣會把密閉容器炸裂，導致實驗失敗。
如果插入濕度計，而濕度計的玻璃泡沒有密封，空氣受熱會膨脹，向容器外移動，但熱量會被帶走焦耳定律實驗器材，所以不容易比較熱量的多少由內阻絲產生。
雖然沒有上面提到的原因，但用溫度計代替U型玻璃管是不可取的。 由于內阻絲加熱容器內的空氣，空氣濕度的變化不足以使溫度計的讀數迅速上升，觀察到的療效并不顯著。
溫度計在日常生活中經常用到，如圖
實驗室溫度計
5、在這個實驗中，并聯一個5歐姆的電阻有什么作用？
如圖所示焦耳定律實驗器材，兩個密閉容器內的電阻是一樣的。 在其中一個容器的外部，內阻與該容器內的內阻并聯。 它的作用是改變通過右容器內電阻的電壓。 .
簡而言之，并聯一個5歐姆的內阻的作用是改變通過右容器內阻的電壓。
有沒有其他方法可以改變容器內阻兩端的電壓？ 請告訴我。
通過以上五個問題的分析，我們需要知道，在設計實驗時，首先要知道探索化學問題的方法有哪些，然后從設計實驗步驟的方法入手； 實驗后的交流和評價也很重要，是對實驗過程的反思、總結和延伸。 主要從實驗設計、實驗過程、實驗數據和現象等方面進行必要的交流和評價。
我認為對于化學實驗，中學生應該尋找一切可以抓住的機會自己做。 在實驗過程中，任性地體驗實驗過程。 只有通過肆意的體驗，才能體會到這些只有通過實驗才能得到的東西，教科書上沒有，老師不一定會提到的東西。 這些驚人的發現只能通過實驗獲得。
玩樂高不如玩實驗設備。 這種事情也很有意思。 如果你想做實驗，設備很容易搞定，不是中學才有的。如圖
熱學實驗設備
關于焦耳定理的實驗，大家有什么問題需要交流嗎？ 請分享。
實驗過程中有什么感受，歡迎分享。